南昌大学空气比热容比的测量实验报告

课程名称： 大学物理实验

实验名称： 空气比热容比的测量

学院： 专业班级：

学生姓名： 学号：

实验地点： 座位号：

实验时间：

一、 实验名称：

空气比热容比的测量

二、 实验目的：

测量室温下的空气比热容比；学习用绝热膨胀法测定空气的比热容比；观测热力学过程中状态变化及基本物理规律。

三、实验器材：

储气瓶一套（包括玻璃瓶、活塞两只、橡皮塞、打气球）、两只传感器（扩散硅压力传感器和电流型集成温度传感器AD590各一只）、测空气压强的三位半数字电压表、测空气温度的四位半数字电压表、连接电缆及电阻。

四、实验原理：

遵循两条基本原则：其一是保持系统为孤立系统；其二是测量一个系统的状态参量时，应保证系统处于平衡态。

气体的定压比热容P C 和定容比热容V C 之比称为气体的比热容比，用符号γ

表示（即p

V

C C γ=），又称气体的绝热系数。

如图所示，实验开始时，首先打开活塞C2，储气瓶与大气相通，当瓶内充满与周围空气同压强同温度的气体后，再关闭活塞C2。 打开充气活塞C1，将原处于环境大气压强为0p 、室温为0T 的空气，用打气球从活塞C1处向瓶内打气，充入一定量的气体，然后关闭充气活塞C1。此时瓶内空气被压缩而压强增大，温度升高，等待瓶内气体温度稳定，即达到与周围温度平衡。此时的气体处于状态I(1p ,1V ,0T )，其中1V 为储气瓶容积。

然后迅速打开放气阀门C2，使瓶内空气与周围大气相通，瓶内气体做绝热膨胀，将有一部分体积为V ∆的气体喷泻出储气瓶。当听不见气体冲出的声音，即瓶内压强为大气压强0p ，瓶内温度下降到1T （1T <0T ）,此时，立即关闭放气阀门C2,。由于放气过程较快，瓶内保留的气体由状态I(1p ,1V ,0T )转变为状态II (0p ,2V ,1T )。

由于瓶内气体温度1T 低于室温0T ，所以瓶内气体慢慢从外界吸热，直至达到室温0T 为止，此时瓶内气体压强也随之增大为1p 。稳定后的气体状态为

III (2p ,2V ,0T )，从状态II 到状态III 的过程可以看作是一个等容吸热的过程。

总之，气体从状态I 到状态II 是绝热过程，由泊松公式得：

1

10

10

1

p p T T γ

γγ-γ-= (1) 从状态II 到状态III 是等容过程，对同一系统，由盖吕萨克定律得

02

1

0p p T T =

（2） 由以上两式子可以得到

1

1200p p P P γγ

-⎛⎫

⎛⎫

= ⎪

⎪⎝⎭

⎝⎭

（3） 两边取对数，化简得

()()0121lg lg /lg lg p p p p γ=-- （4）

利用 （4）式，通过测量0p 、1p 和2p 的值就可求得空气的比热容比的值。

五、实验步骤：

1、按图接好仪器的电路，注意AD590的正负极不要接错。用Forton 式气压计测定大气压强0p ，用水银温度计测量环境温度。

2、开启电源，将电子仪器部分预

热20min ，然后用调零电位器调节零点，把三位半数字电压表示值调到0。 3、将活塞C2关闭，活塞C1打开，用打气球把空气稳定地徐徐地打入储气瓶B 内,用压力传感器和AD590温度传感器测量空气的压强和温度，记录瓶内压强均匀稳定时压强1p 和温度0T （室温为0T ）（1p 取值范围控制在130~150mV 之间。由于仪器只显示大于大气压强的部分，实际计算时式（4）中的压强1p =0p +1p ）。

4、突然打开活塞C2，当储气瓶的空气压强降低至环境大气压强0p 时（即放气声消失），迅速关闭活塞C2。

5、当储气瓶内空气的气压稳定，温度上升至室温0T 时，记下储气瓶内气体的压强p III (由于仪器只显示大于大气压强的部分，实际计算时式（4）中的压强

2p =0p +p III ）。

6、记录完毕后，打开C2放气，当压强显示降低到“0”时关闭C2.

7、重复步骤2~6。

8、用测量公式（4）进行计算，求得空气比热容比值。

六、实验数据记录

实验数据处理

Pa 102152.45676.6459.81013.6gh P 30k =⨯⨯⨯==ρ

2223

123()()()8.04102

S γγγγγγ--+-+-==⨯0.142 3

1.3058.0410S γγ-=±=±⨯1.30817±0.142

预习思考题

1.泊松公式成立的条件是什么? 答：气体从状态I 到状态II 是绝热过程。

2.比热容比

()()

0121lg lg /lg lg p p p p γ=--之中，并没有温度出现，那为什么要

用温度传感器AD590来精确测定温度呢？

操作后思考题

1.怎样做才能在几次重复测量中保证

1

p 的数值大致相同？这样做有何好处？若

1

p 的数值很不相同，对实验有无影响？

答：关键是容器绝热效果要好。另外每次的程序，完成时间，环境要相同，实验数据大致相同，说明偶然误差小，才有说服力。

2.打开活塞

2

C 放气时，若提前关闭或滞后关闭活塞，各会给实验带来什么影响？

答：提前关闭会使测量结果偏大，滞后关闭会使测量结果偏小。

3.本实验的误差来源于哪几个方面？最大误差是哪个因素造成的？怎样减少误差？

答：实验装置漏气、关闭活塞时间的控制。多测量几组数据，求平均值。